电离层高频信道互易性研究:中纬度电离层斜向探测实验

该文首次利用武汉电离层斜向探测系统(WIOISS)对武汉-万宁和万宁-武汉两条电离层高频信道的互易性进行了分析。WIOISS是基于GPS时间频率同步手段开发的新型电离层斜向探测系统,通过比较由系统扫频工作模式和定频工作模式得到的两条路径下的斜向传播群时延和电离层高频信道散射函数,可以得出武汉-万宁和万宁-武汉的电离层高频链路有较好的互易性。     

2004年11月强磁暴期间中国地区电离层TEC扰动特性分析

利用28个全球定位系统(Global Positioning System, GPS)观测站获取的电离层总电子含量(Total Electron Content, TEC)测量数据, 分析了2004年11月一次强磁暴期间的中国中低纬地区电离层TEC暴扰动特性, 结果表明:电离层TEC以正相暴扰动响应为主, 中纬地区的暴变扰动要强于低纬, 以北纬35°附近扰动最为强烈; 暴时电离层空间相关性变强, 电离层相关距离由宁静日的约5 500 km提升到暴变日的约8 000 km; 在8日的主暴扰动期间, 发现伴有自东北向西南的电离层TEC暴扰动传播, 自东向西的经向传播速度约为120 m/s, 要高于纬向传播.初步探讨表明, 向赤道中性风、日侧东向急剧穿透电场以及喷泉效应等可能是导致此次电离层TEC正相暴在北纬35°附近扰动最为强烈的关键因素, 也进一步揭示了电离层与太阳风、磁层之间以及电离层不同纬度区之间有着复杂的耦合过程.     

基于射线追踪的TID期间电离层高阶效应及多普勒效应仿真

电离层行进式扰动(traveling ionospheric disturbance, TID)是一种常见的电离层扰动形式,对电磁波（如卫星导航）信号的传播过程有着重要影响. 为研究TID对卫星导航信号传播效应,本文基于三维射线追踪方法对导航信号在空间电离层磁等离子体的传播进行仿真,重点研究TID情况下电离层二阶效应和多普勒效应. 首先,通过在NeQuick电离层模型上添加电离层扰动建立TID仿真生成模型,该模型能够模拟多种尺度的TID结构;其次,基于我国南北方两个虚拟站点,仿真模拟得到导航信号在TID发生时的传播特性;然后,计算得到不同仰角和方位角时卫星导航信号的电离层二阶效应和多普勒效应等参数;最后,分析TID参数对电离层二阶效应和多普勒效应的影响. 仿真结果表明,在本文仿真参数下电离层二阶和多普勒效应在低射线仰角情况下更明显,TID多普勒效应和TID周期相关性明显.     

基于遗传算法斜向探测电离层参数反演研究

斜向探测是电离层探测的主要方式之一,它能够获得电波传播群时延和频率关系的电离图。由于传输信号的媒质是电离层,因此斜测电离图包含了收发站之间电离层状态信息,通过对斜测电离图的反演可以提取电离层的状态信息。利用遗传算法,对斜向探测电离层参数进行了反演,获得了较好的结果,展示了该方法在电离层参数反演研究中的优点和实际应用前景。结果证明该方法具有一定的抗噪能力,具有良好的应用价值。     

高集成度的高频多普勒探测系统的设计

地震、台风、磁暴等天气事件爆发时,引发的电离层扰动会对无线电波的传播环境造成影响,使空间传播的高频无线电信号产生多普勒频率偏移.针对此问题,提出了一种新型的高集成度的高频多普勒探测系统.通过研发的高集成度的高频多普勒接收机接收来源于电离层反射的高频无线电信号,经过信号处理电路的混频处理获得低中频信号,再通过数据采集卡采集信号并保存在PC机上,利用上位机软件对保存的数据进行实时处理,得到高频多普勒频移的变化曲线,从而研究电离层扰动特征.同时给出了电离层日出效应、偶发E层和行进式电离层扰动等探测实例.实际观测表明:该探测系统运行稳定可靠,可以用于电离层环境的长期监测.     

高频天波返回散射传播实验研究新进展

论述了中国电波传播研究所在高频天波返回散射传播新的实验研究.返回散射实验系统根据法拉第旋转效应利用收发不同极化天线阵成功的探测到2000km远的飞机.探测得到的飞机航迹和同时用VHF雷达探测的飞机航迹进行了比较,其差异很小,均方根误差为σ=13km.返回散射实验系统的探测区域包括了陆地、陆海边界和海洋.得到了陆地、陆海边界和海洋的高频天波Doppler谱,可清晰的分辨陆地和海洋边界,利用其特点可对海岸线定位.建立了一个新的对称的准余弦电离层扰动模型,利用射线追踪的技术和迭代反演技术拟合了电离层扰动电离图的Pmin-f曲线,获得了电子浓度分布并推断了沿探测路径的电离层扰动区域的大小和扰动区临界频率波动的幅度.研究了扰动电离层对HF波传播的跳距、覆盖区域的大小及射线"俘获"效应等.     

中国地区高精度电离层行扰监测台网设计

系统地介绍了一个中国地区高精度电离层行扰监测台网，它由满洲里、长春、乌鲁木齐、拉萨、兰州、重庆、新乡、青岛、苏州、喀什、广州、海口和昆明13个观测站组成，成为全国性的电离层扰动特性监测网.该电离层行扰监测台网可用于实时连续监测电离层扰动及其传播，可监测太阳耀斑、磁暴、台风和电离层日变化等使高频无线电信号产生的多普勒频移，对研究电离层中能量传播和耗散等动力学过程有着重要意义.通过接收国家授时中心发射的5 MHz、10 MHz、15 MHz标准授时信号，采用数字信号处理和滤波后，将三路零中频正交I、Q数据传输到计算机，由计算机进行傅里叶变换得到频域数据并实时显示这三路多普勒频移信息，另外还可以监听授时音频信号.观测结果反映了太阳耀斑、日出效应、Es等引起的电离层扰动响应及其对高频(high frequency，HF)传播的影响，可用于电离层扰动的长期监测.     

高低纬地区电离层扩展F暴时特性比较研究

不同纬度地区电离层扩展F的对比分析是研究电离层扰动传播的一个重要方法。本文利用三个台站六个磁暴期间的扩展F数据,对高低纬地区电离层扩展F暴时特性进行了对比研究。结果表明,高低纬地区观测到的扩展F类型不完全相同,并且扩展F的起始时刻随着纬度降低而推迟,这表明产生扩展F的电离层扰动是从高纬向低纬地区传播的。     

利用高频返回散射技术探测电离层行波扰动

 电离层行波扰动(TIDs,Traveling Ionospheric Disturbances)是电离层一种周期性的电子浓度波动结构,它与上层大气内的声重力波运动有关.在前人的工作基础上,提出了利用高频返回散射技术判别TIDs的方法,建立了TIDs特征参数的理论研究方法.并通过分析多方位返回散射试验数据,研究定频返回散射回波信号群距离和跳距随时间、方位角的变化特征,提取了TIDs的运动周期、运动方向、波长等特征参数信息,从而实现对宽空间、大区域电离层波动特性的研究.     

电离层斜向传播模式的智能识别

采用数值统计与数字图像处理中形态学算子相结合的方法获得了高质量斜向探测电离图.结合观测描迹统计特性,利用改进的初始局部最大值和约束条件外推方法,实现了斜向探测电离层传播模式的智能识别,利用该方法可以自动提取常规电离图各传播模式对应的频率、群时延及信号能量等信息.     

Sweep-Frequency Oblique Ionospheric Sounding at Medium Frequencies

An experimental ionospheric sounder has been constructed for vertical-incidence or oblique sounding in the frequency range 600 kHz to 2 MHz. The equipment employs an FM linear frequency sweep transmission generated by direct synthesis from a frequency standard; an identical sweep is used for demodulation at the receiver. Sounding records, made at night over a 2000-km path, exhibit 10-?s resolution and show no interference from broadcast stations. Radiated power ranged from 25 to 250 watts. The advantage of good time delay resolution, together with suppression of interfering signals, makes possible ionospheric sounding of greatly improved quality in the MF range.     

短波信道衰落特性试验研究与仿真

利用电离层斜向探测系统对中低纬地区一条地面距离约1 000 km的电路进行了连续的试验探测,依据探测数据对不同电离层条件下各个传播模式信号的衰落特性进行了瞬时变化特性描述和统计分析,并从Vogler模型出发,结合实测分析结果对短波信道进行建模,文中称为广义Vo-gler模型。通过模型输出散射函数与实测散射函数的对比证实,广义Vogler模型能较准确地描述短波时变信道的特性。     

基于FPGA+ARM的电离层斜向探测系统设计

针对传统电离层斜向探测仪结构复杂、探测信道固定、多站同步探测中相干干扰严重问题，提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)和先进精简指令集处理器(ARM)结构的嵌入式电离层斜向探测系统的探测方法，并给出系统结构设计。采用完全互补码解决多站同步探测的相干干扰问题，丰富了探测码制；利用数字中频接收结构在数字域中进行二次混频，避免了寄生信号和交调失真，具有标准化、模块化、扩展性强的特点；使用灵活的静态存储控制(FSMC)协议解决了控制模块之间高速并行数据传输问题，实现了数据的自动判读和频率优选。实验结果验证了系统设计的正确性及可靠性，该系统在空间物理学研究、天波超视距雷达探测、应急抢险救灾等领域有重要应用前景。     

日食声重波效应

介绍了1997年3月9日日食期间，首次利用地跨主食带区两侧的电离层台阵，食甚前后采用1min 1次的同频加密观测的资料。观测证实：日食期间在主食带区日食确有可能诱发声重波所致的电离层行扰现象（TID。并对其运动学特征作了粗浅的讨论。     

Frequency bands for optimum propagation of complex signals through shortwave radio channels

A radio-engineering approach based on the dispersion characteristic and impulse response of a radio channel is proposed to describe the dispersion distortion of complex shortwave radio signals propagating through ionospheric radio channels. The impulse response of a wideband ionospheric radio channel is investigated using the polynomial representation of the dispersion characteristics, which are determined from oblique sounding of the radio channel by ultrawideband chirp signals. Frequency bands for optimal propagation of complex signals over radio links 3600 to 5700 km long are estimated.     

武汉电离层斜向探测系统的时间同步设计

为武汉电离层斜向探测系统设计了一种新的时间同步方式.该同步方式利用全球定位系统(GPS)接收机输出的时钟信号校正高性能恒温晶振输出的参考时钟信号,从而获得稳定可靠的秒脉冲信号来用作斜测系统的时间同步信号.在预定的探测时刻,单片机利用该信号控制斜测系统的发射端和接收端同时开始工作,从而实现时间同步.实验结果表明:该时间同步方式在获得GPS卫星信号的情况下,时间同步精度可达到30ns.而在未获得GPS卫星信号的24小时内,时间同步精度可达到1μs.在获得和一定时间内未获得GPS卫星信号的情况下,采用该时间同步方式的武汉电离层斜向探测系统都成功地获得了斜向探测电离图,从而很好地满足了探测需求.     

Multisensor detection of ionospheric phenomena

For the past several years, observations using a large number of geophysical sensors have been conducted at a site near Boulder, Colo. Data are continuously recorded on magnetic tape and have the advantages of a common time base and the availability of an on-line computer which performs data processing and controls the operation of the station. The original purpose of the installation was to study ground-based techniques for detection of high-altitude nuclear explosions. Scientific studies to which the data have been applied include the changes in the ionosphere during sudden ionospheric disturbances, ionospheric effects which appear to be related to severe thunderstorms, and the characteristics of traveling ionospheric disturbances which are believed to be related to magnetic activity. The system has the capability of automatically detecting sudden ionospheric disturbances and of providing real-time indices of ionospheric and magnetic activity.     

基于软件无线电技术的雷达系统接收通道设计

基于伪随机码调相脉冲压缩体制的电离层斜向返回探测系统可得到电离层的双时响应、散射函数、多径展宽等有用信息，是一种新型的电离层探测系统。该文重点讨论该系统中接收通道的开发与实现。该接收通道的设计基于软件无线电思想，以DSP技术为核心，具有处理方式灵活、实时处理能力强、稳定性好、升级空间大等优点。雷达系统的探测实验结果表明，该接收通道可以满足电离层斜向返回探测需要。